[發明專利]一種桁架式無人車輛車體輕量化設計方法

有效

• 申請號: 201710330989.6
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN108133068B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 鄭凱鋒;廖桐舟;王超;米召陽;王磊;孫曉策;陳柄言;王申義;楊桂玲;房加志;楊克萍;王軍;邵朋禮
• 申請（專利權）人: 中國北方車輛研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種桁架式無人車輛車體輕量化設計方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：

步驟(1)建立桁架式車體三維模型；

所述步驟(1)中，依據總體布置，運用三維建模軟件構建桁架式車體三維模型，所述桁架式車體三維模型包括車體承載所用的縱梁、橫梁、連接梁、加強梁，以及相應的設備安裝座；模型中的梁以型材為主，板材為鋪，梁與梁、梁與板之間采用焊接、螺接、鉚接的方式連接在一起；

步驟(2)建立梁單元有限元模型；

所述步驟(2)中，依照車體三維模型，建立桁架式車體的梁單元有限元模型，把車體所有的梁分成年n組，同一組中的梁具有相有的截面、厚度和材料屬性；

步驟(3)建立垂向和縱向沖擊載荷分析工況并進行分析；

所述步驟(3)包括：基于垂向沖擊載荷工況，約束車輪中心位置，給車體加載5g的垂向加速度，提取車體梁的最大應力值σ_zmax；基于縱向沖擊載荷工況，約束車輪中心位置，給車體加1g的縱向加速度，提取車體梁的最大應力值σ_xmax；

所述車體梁的最大應力值σ_zmax和σ_xmax值均小于所述車體梁所用材料的屈服極限和的70％；

步驟(4)建立優化分析模型，并進行優化分析計算，以形成桁架式車體設計方案；

所述步驟(4)中，建立優化分析模型包括：

在iSight中搭建優化分析任務，以車體總質量m為目標，以n種梁的截面、厚度和材料屬性為變量，以沖擊載荷下的最大應力為約束條件，建立優化分析模型，由iSignt自動驅動有限元模型進行計算；所述優化分析模型如下式所示：

其中：m為車體總質量，k為n種梁第k個；

X，代表梁的種類個數；

X_k表示第k種梁，包含了梁的截面、厚度、材料這三個屬性；

x_k表示第k種梁可選的截面類型數列；

x1_k表示第k種梁采用第1種截面類型；

x2_k表示第k種梁采用第2種截面類型；

x3_k表示第k種梁采用第3種截面類型；

t_k表示第k種梁可選的厚度類型數列；

t_k1表示第k種梁采用第1種厚度類型；

t_k2表示第k種梁采用第2種厚度類型；

t_k3表示第k種梁采用第3種厚度類型；

M_k表示第k種梁可選的材料類型數列；

M_1k表示第k種梁采用第1種材料類型；

M_2k表示第k種梁采用第2種材料類型；

M_3k表示第k種梁采用第3種材料類型；

σ_zmax為給車體加載5g的垂向加速度的車體梁的最大應力值；σ_xmax為給車體加1g的縱向加速度的車體梁的最大應力值；和均為梁所用材料的屈服極限；

所述步驟(4)，進行優化分析計算包括：

進行截面類型參變量x_k、厚度類型變量t_k和材料類型M_k的設置；

導入有垂向沖擊工況和縱向沖擊工況的有限元模型，并建立參變量與有限元模型輸入參數的數學邏輯關系；

建立有限元模型輸出量與約束量和的數學關系，最后設定優化目標和優化算法，提交優化任務；其中Isight軟件將自動調用有限元模型，并計算出最終結果；

根據車體總質量從優化結果中選取四種優選方案，包括：

根據車體總重量m的大小篩選出車體總重量較輕的前四個優化結果作為四種優選方案；

根據車體總質量和工程制造成本，從四種優選方案確定最佳方案，包括：

從四種優選方案中選定一種車體總質量m最小、工藝易實現的方案為最佳方案；

對最佳方案進行剛強度校驗，包括：

基于最佳匹配方案，對其進行有限元建立和分析，驗證優化分析的準確性；若有誤，請檢查并更改優化模型；若無誤，則確定桁架式車體設計方案；

對確定的桁架式車體設計方案的細節進行修改，包括：在梁上開設安裝孔，將梁的直角變為圓角，以最終完成桁架式車體設計方案的優化；

所述形成桁架式車體設計方案之后，還包括：

根據車體總質量從優化結果中選取三個次優結果和一個最優結果作為四種優選方案；

根據車體總質量和加工制造工藝，從四種優選方案確定最佳方案；

對最佳方案進行剛強度校驗，以確定桁架式車體設計方案。